JP6674367B2 - Automotive fuel cell stack - Google Patents
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Description
本発明は、複数の発電セルが積層された積層体をスタックケース内に収納するとともに、スタックケース内を換気する換気機構を設けた車載用燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to an in-vehicle fuel cell stack having a stack in which a plurality of power generation cells are stacked is housed in a stack case and provided with a ventilation mechanism for ventilating the inside of the stack case.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備える。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セル(単位セル)が構成されている。通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両に搭載されている。 For example, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is provided on one surface of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane, and a cathode electrode is provided on the other surface. Is provided. The electrolyte membrane / electrode structure constitutes a power generation cell (unit cell) by being sandwiched between separators. Usually, a predetermined number of power generation cells are stacked to be mounted on a fuel cell vehicle, for example, as a vehicle-mounted fuel cell stack.
車載用燃料電池スタックでは、所定の数の発電セルが積層された積層体を、スタックケース内に収納する構成が採用されている。この場合、スタックケース内で、積層体の隙間等から水素ガスが漏れ出ることが想定される。このため、積層体をスタックケース内に収納した場合には、スタックケース内で漏出した水素ガスが蓄積される。そこで、水素ガスの濃度が一定濃度以下となるように、外部からスタックケース内に空気を導入してスタックケース内を換気する換気機構を設けることが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 2. Description of the Related Art In an on-vehicle fuel cell stack, a configuration is employed in which a stack in which a predetermined number of power generation cells are stacked is housed in a stack case. In this case, it is supposed that hydrogen gas leaks out of the stack case through gaps between the stacked bodies. Therefore, when the stacked body is stored in the stack case, hydrogen gas leaked from the stack case is accumulated. Therefore, it has been proposed to provide a ventilation mechanism that ventilates the inside of the stack case by introducing air from the outside into the stack case so that the concentration of hydrogen gas becomes equal to or lower than a certain concentration (for example, see Patent Document 1). ).
ところで、換気機構は、スタックケースの内外を連通する空気導入口及び流路を有するため、外部から換気機構の当該空気導入口及び流路を介して、水、塵埃、泥、小石等の空気以外の異物がスタックケース内へと侵入するおそれがある。 By the way, since the ventilation mechanism has an air inlet and a flow path communicating between the inside and the outside of the stack case, the air, such as water, dust, mud, pebbles, etc., is supplied from outside through the air inlet and the flow path of the ventilation mechanism. Foreign matter may enter the stack case.
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、空気以外の異物がスタックケース内へと入り込むことを可及的に抑制することが可能な車載用燃料電池スタックを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an in-vehicle fuel cell stack capable of suppressing foreign matters other than air from entering a stack case as much as possible. Aim.
上記の目的を達成するため、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する発電セルが、複数積層された積層体を備え、前記積層体がスタックケース内に収納された車載用燃料電池スタックであって、前記スタックケース内に開口する換気開口部を介して前記スタックケース内の換気を行う換気機構を備え、前記換気機構は、外部から換気用の空気を導入する空気導入口と、前記空気導入口と前記換気開口部とを連通する内部流路とが形成されたインレット部材を有し、前記内部流路は、ラビリンス流路を有し、前記ラビリンス流路は、重力方向に沿って円筒状に形成されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a power generation cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas includes a plurality of stacked bodies, and the stacked bodies are housed in a stack case. An in-vehicle fuel cell stack, comprising: a ventilation mechanism that ventilates the inside of the stack case through a ventilation opening that opens into the stack case, wherein the ventilation mechanism is configured to introduce air for ventilation from outside. an inlet having an inlet member and an internal flow path is formed for communicating the ventilation openings and the air inlet, the internal channel may have a labyrinth flow path, said labyrinth flow path, characterized Rukoto is formed in a cylindrical shape along the direction of gravity.
前記換気開口部は、前記スタックケースの下部に設けられることが好ましい。 Preferably, the ventilation opening is provided at a lower portion of the stack case.
前記換気機構は、一端が前記換気開口部に接続され他端が前記インレット部材に接続されたチューブ部材を有することが好ましい。 It is preferable that the ventilation mechanism has a tube member having one end connected to the ventilation opening and the other end connected to the inlet member.
前記インレット部材は前記車載用燃料電池スタックが搭載される車両のアンダーカバーに配置され、前記空気導入口は車両下面に開口することが好ましい。 It is preferable that the inlet member is disposed on an undercover of a vehicle on which the on-vehicle fuel cell stack is mounted, and the air inlet is opened on a lower surface of the vehicle.
前記ラビリンス流路の流路断面積は、流路全長に亘って、前記チューブ部材の流路断面積以上であることが好ましい。 It is preferable that the cross-sectional area of the labyrinth flow path is equal to or larger than the cross-sectional area of the tube member over the entire length of the flow path.
前記空気導入口は、下方に向けて開口し、前記インレット部材は、前記ラビリンス流路を形成する少なくとも1つの障壁板を有し、前記少なくとも1つの障壁板の内周部又は外周部は、下方に向けて傾斜又は突出することが好ましい。 The air inlet is open downward, the inlet member has at least one barrier plate forming the labyrinth flow path, and an inner peripheral portion or an outer peripheral portion of the at least one barrier plate is downward. It is preferable to be inclined or protruded toward.
前記空気導入口は、下方に向けて開口し、前記インレット部材は、前記ラビリンス流路を形成する複数の障壁部を有し、前記複数の障壁部は、前記空気導入口に対向して該空気導入口の上方に配置された第1障壁部と、前記第1障壁部の上方で前記第1障壁部に対向する位置で開口する開口部が形成された第2障壁部とを有することが好ましい。 The air inlet is open downward, the inlet member has a plurality of barriers forming the labyrinth flow path, and the plurality of barriers face the air inlet in opposition to the air inlet. It is preferable to have a first barrier portion disposed above the inlet, and a second barrier portion having an opening formed at a position above the first barrier portion facing the first barrier portion. .
前記空気導入口は、下方に向けて開口し、前記インレット部材には、前記空気導入口の周囲に、前記内部流路と前記インレット部材の外部とを連通する複数のドレイン孔が設けられることが好ましい。 The air inlet may be open downward, and the inlet member may be provided with a plurality of drain holes around the air inlet and communicating the internal flow path and the outside of the inlet member. preferable.
前記空気導入口には、メッシュ部材が設けられることが好ましい。 It is preferable that a mesh member is provided at the air inlet.
本発明の車載用燃料電池スタックでは、スタックケース内の換気を行う換気機構を備え、換気機構のインレット部材にはラビリンス流路が設けられる。このため、スタックケース内を良好に換気し、スタックケース内の水素ガス濃度を一定濃度以下にすることができる。また、燃料電池車両の走行時等に、インレット部材に向かって水、塵埃、泥、小石等の異物が飛散しても、当該異物は、ラビリンス流路によって換気開口側へ侵入することが阻まれる。従って、異物が換気開口部を介してスタックケース内に入り込むことを可及的に抑制することができる。 The vehicle fuel cell stack of the present invention includes a ventilation mechanism for ventilating the inside of the stack case, and a labyrinth flow path is provided in an inlet member of the ventilation mechanism. For this reason, the inside of the stack case can be satisfactorily ventilated, and the hydrogen gas concentration in the stack case can be reduced to a certain concentration or less. Further, even when foreign substances such as water, dust, mud, and pebbles scatter toward the inlet member during traveling of the fuel cell vehicle, the foreign substances are prevented from entering the ventilation opening side by the labyrinth flow path. . Therefore, it is possible to suppress foreign matter from entering the stack case through the ventilation opening as much as possible.
以下、本発明に係る車載用燃料電池スタックについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a vehicle fuel cell stack according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、本発明の実施形態に係る車載用燃料電池スタック10(以下、「燃料電池スタック10」という)は、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両12に搭載される。燃料電池車両12は、前輪11F及び後輪(図示せず)を備えた車両本体12aを有する。
As shown in FIG. 1, a vehicle
車両本体12aの前輪11F側には、燃料電池スタック10を搭載するフロントボックス(モータルーム)14が、ダッシュボード16の前方に形成される。なお、燃料電池スタック10は、フロントボックス14の他、床下やトランクリッド等に搭載することができる。
A front box (motor room) 14 for mounting the
図2に示すように、燃料電池スタック10は、複数の発電セル18が積層された積層体19と、積層体19を収納するスタックケース20とを備える。複数の発電セル18は、発電面を立位姿勢にして水平方向である車両幅方向(矢印B方向)に積層される。発電セル18の積層方向一端には、第1ターミナルプレート22a、第1絶縁プレート24a及び第1エンドプレート26aが、外方に向かって、順次、配設される。
As shown in FIG. 2, the
発電セル18の積層方向他端には、第2ターミナルプレート22b、第2絶縁プレート24b及び第2エンドプレート26bが、外方に向かって、順次、配設される。燃料電池スタック10の車両幅方向両端には、第1エンドプレート26aと第2エンドプレート26bとが配置される。
At the other end of the
なお、第1エンドプレート26aは、直方体状のスタックケース20の1つの壁部を構成しており、第2エンドプレート26bは、スタックケース20の第1エンドプレート26aと反対側の壁部を構成する。燃料電池スタック10は、第1エンドプレート26a及び第2エンドプレート26bに設けられた図示しないマウント部材を介して、車両フレームに固定される。
The
各発電セル18は、固体高分子電解質膜等の電解質膜を一対の電極(アノード電極及びカソード電極)により挟持してなる電解質膜・電極構造体(MEA)と、この電解質膜・電極構造体の両側に積層された金属製又はカーボン製のセパレータとを有する。なお、各発電セル18は、2枚の電解質膜・電極構造体と、3枚のセパレータとを交互に積層した構成であってもよい。
Each
発電セル18の矢印A方向の一端縁部には、それぞれ積層方向(矢印B方向)に個別に連通して、酸化剤ガス入口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔が、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
The oxidizing gas inlet communication hole, the cooling medium inlet communication hole, and the fuel gas outlet communication hole are individually connected to one edge of the
酸化剤ガス入口連通孔は、発電セル18内のカソード電極側に形成された酸化剤ガス流路に、酸化剤ガス(例えば、酸素含有ガス)を供給する。冷却媒体入口連通孔は、隣接する発電セル18間に形成された冷却媒体に、冷却媒体(例えば、水)を供給する。燃料ガス出口連通孔は、燃料ガス(例えば、水素含有ガス)を排出する。
The oxidizing gas inlet communication hole supplies an oxidizing gas (for example, an oxygen-containing gas) to an oxidizing gas flow path formed on the cathode electrode side in the
発電セル18の矢印A方向の他端縁部には、それぞれ矢印B方向に個別に連通して、燃料ガス入口連通孔、冷却媒体出口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔が、矢印C方向に配列して設けられる。燃料ガス入口連通孔は、発電セル18内のアノード電極側に形成された燃料ガス流路に、燃料ガスを供給する。冷却媒体出口連通孔は、冷却媒体流路と連通しており、冷却媒体を排出する。酸化剤ガス出口連通孔は、酸化剤ガス流路と連通しており、酸化剤ガスを排出する。
The other end of the
第1エンドプレート26aの一方の対角位置には、酸化剤ガス入口連通孔に連通する酸化剤ガス供給マニホールド30aと、酸化剤ガス出口連通孔に連通する酸化剤ガス排出マニホールド30bとが設けられる。第1エンドプレート26aの他方の対角位置には、燃料ガス入口連通孔に連通する燃料ガス供給マニホールド32aと、燃料ガス出口連通孔に連通する燃料ガス排出マニホールド32bとが設けられる。
An oxidizing
第2エンドプレート26bには、冷却媒体入口連通孔に連通する冷却媒体供給マニホールド33aと、冷却媒体出口連通孔に連通する冷却媒体排出マニホールド33bとが設けられる。
The
スタックケース20は、前方サイドパネル20Fr、後方サイドパネル20Rr、アッパーパネル20Up及びローワーパネル20Lwを備えるとともに、上述した第1エンドプレート26a及び第2エンドプレート26bを備える。各パネルは、第1エンドプレート26a及び第2エンドプレート26bに対して、ねじ34により固定される。また、隣接するパネル同士は、ねじ34により相互固定される。
The
アッパーパネル20Upには、一方の対角位置にスタックケース20内を外部に連通する排気用開口部36a、36bが形成され、他方の対角位置にスタックケース20内を外部に連通する排気用開口部36c、36dが形成される。排気用開口部36a、36cは、スタックケース20の前方側(矢印Af方向)両側部に設けられ、燃料ガス入口連通孔の鉛直方向上方に配置される。
In the upper panel 20Up,
図1において、排気用開口部36a、36dには、排気ダクト38a、38dが接続される。排気ダクト38a、38dは、右側排気ダクト40Rで合流する。右側排気ダクト40Rの出口は、車両本体12aの右側フェンダー部42Rに開口する。排気用開口部36b、36cには、排気ダクト38b、38cが接続される。排気ダクト38b、38cは、左側排気ダクト40Lで合流する。左側排気ダクト40Lの出口は、車両本体12aの左側フェンダー部42Lに開口する。
In FIG. 1,
図2に示すように、スタックケース20の下部であるローワーパネル20Lwには、スタックケース20の内外を連通する換気開口部44が設けられる。換気開口部44は、ローワーパネル20Lwを厚さ方向(上下方向)に貫通する孔部である。図2では、換気開口部44は、ローワーパネル20Lwの車両前方側に設けられている。なお、換気開口部44は、ローワーパネル20Lwの車両後方側に設けられてもよく、ローワーパネル20Lwの車両前後方向中央側に設けられてもよい。
As shown in FIG. 2, the
図2において、換気開口部44は、車両幅方向の一方側(左側)及び他方側(右側)にそれぞれ設けられる。なお、換気開口部44は、車両幅方向の中央側に設けられてもよい。換気開口部44は、3つ以上設けられてもよく、あるいは、1つだけ設けられてもよい。
In FIG. 2,
図1に示すように、燃料電池スタック10は、さらに、スタックケース20内の換気を行う換気機構50を備える。換気機構50は、スタックケース20内に開口する換気開口部44を有する。換気開口部44は、上述したように、スタックケース20の下部を構成するローワーパネル20Lwに設けられており、換気機構50は、当該換気開口部44を介してスタックケース20内の換気を行う。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態では、換気機構50は、外部からの空気の導入部を構成するインレット部材52と、スタックケース20とインレット部材52とを接続するチューブ部材54とを備える。燃料電池スタック10において、換気機構50は、複数設けられることが好ましい。図1において、2つの換気機構50が車幅方向(左右方向)(矢印B方向)に間隔をおいて配置されている。複数の換気機構50は、車両前後方向に間隔を置いて配置されてもよい。換気機構50は、1つだけ配置されてもよい。
In the present embodiment, the
図1において、インレット部材52は、スタックケース20よりも車両前方側(矢印Af方向側)に配置される。なお、インレット部材52は、スタックケース20よりも車両後方側(矢印Ab方向側)に配置されてもよく、あるいは、インレット部材52は、車両前後方向において、スタックケース20と重なる位置に配置されてもよい。
In FIG. 1, the
図1に示すように、インレット部材52は、スタックケース20の下方に配置されたアンダーカバー12bに取り付けられる。アンダーカバー12bは、フロントボックス14の下部を覆う部材であって、燃料電池車両12の図示しない車体フレームに固定される。インレット部材52は、スタックケース20の下面よりも下方に配置される。
As shown in FIG. 1, the
インレット部材52は、アンダーカバー12bを貫通して固定される。このため、インレット部材52の下部(下面)は、アンダーカバー12bの下面に露出しており、燃料電池車両12が走行する路面に対向する。インレット部材52の上部は、フロントボックス14内に露出する。
The
図3に示すように、インレット部材52には、空気導入口56と、内部流路58とが形成される。具体的に、インレット部材52は、導入口形成部材60と、第1の流路形成部材62と、第2の流路形成部材64と、第3の流路形成部材66と、2つのシール部材68a、68bとを備える。空気導入口56は、導入口形成部材60に形成される。内部流路58は、導入口形成部材60、第1の流路形成部材62、第2の流路形成部材64及び第3の流路形成部材66により形成される。
As shown in FIG. 3, an
導入口形成部材60、第1の流路形成部材62、第2の流路形成部材64及び第3の流路形成部材66は、上下方向に積層されて接続される。第1の流路形成部材62は、中空状部材であり、導入口形成部材60の上部に接続される。第2の流路形成部材64は、板状部材であり、第1の流路形成部材62の上部に重ねられ、第1の流路形成部材62と第3の流路形成部材66との間に挟持される。
The introduction
第3の流路形成部材66は、中空状部材であり、第2の流路形成部材64の上部に重ねられる。第3の流路形成部材66は、複数のねじ68により、第1の流路形成部材62に固定される。2つのシール部材68a、68bは、断面が中空でリング状に形成され、導入口形成部材60に設けられたフランジ60aと、第1の流路形成部材62に設けられたフランジ62aとの間に保持される。2つのシール部材68a、68b間に、アンダーカバー12bが挟持される。
The third flow
空気導入口56は、外部から換気用の空気を導入する流路であり、本実施形態では円形開口である。なお、空気導入口56は、非円形開口、例えば、楕円状開口、矩形状開口等であってもよい。インレット部材52は、空気導入口56を下方に向けて配置される。従って、空気導入口56は、燃料電池車両12が走行する路面に対向する。
The
空気導入口56の周囲には、内部流路58とインレット部材52の外部とを連通する複数のドレイン孔70が設けられる。複数のドレイン孔70は、チャンバ58aの底部を形成する壁部57を上下方向に貫通する孔部である。複数のドレイン孔70は、導入口形成部材60に形成される。複数のドレイン孔70は、壁部57の上面及び下面で開口する。
Around the
導入口形成部材60には、複数のドレイン孔70の下方(真下)で、隙間Gを介して複数のドレイン孔70と対向するリング状の張出し部72が設けられる。張出し部72は、空気導入口56を囲む筒状周壁部74の下部から径方向外方に突出する。
The
内部流路58は、空気導入口56に隣接した円筒状のチャンバ58aと、チャンバ58aを経由した空気をチューブ部材54へと供給する接続流路58bとを有する。図3において、チャンバ58aは、空気導入口56の鉛直上方(直上)に位置する。チャンバ58aは、導入口形成部材60の上部、第1の流路形成部材62及び第3の流路形成部材66の下部により形成される。
The
チャンバ58aの内径D1は、空気導入口56の内径D2よりも大きい。チャンバ58aの内径D1は、チューブ部材54の内径D3よりも大きい。チャンバ58aは、空気導入口56から水が浸入した際の水貯め(バッファ)として機能する。チャンバ58aの高さは、例えば、空気導入口56の内径D2よりも大きいことが好ましい。なお、チャンバ58aの高さは、空気導入口56の内径以下であってもよい。
The inner diameter D1 of the
接続流路58bは、チャンバ58aとチューブ部材54内の流路54aとを連通する。接続流路58bの内径は、チューブ部材54の内径D3と略等しい。接続流路58bは、チャンバ58aの鉛直上方(直上)に位置する。接続流路58bは、第3の流路形成部材66の上部に設けられた接続筒部66aに形成される。空気導入口56、チャンバ58a及び接続流路58bは、鉛直方向に同軸上に配置される。
The
内部流路58は、チャンバ58a内にラビリンス流路78を有する。ラビリンス流路78とは、例えば円筒の通路内を蛇行して流通する流路をいうが、蛇行の仕方は特に限定されない。ラビリンス流路78は、重量方向(鉛直方向)に沿って円筒状に形成される。インレット部材52は、ラビリンス流路78を形成する少なくとも1つの障壁板80(障壁部)を有する。本実施形態では、インレット部材52は、複数の障壁板80を有する。具体的に、複数の障壁板80は、空気導入口56に対向して該空気導入口56の上方(直上)に配置された第1障壁板80a(第1障壁部)と、第1障壁板80aの上方(直上)で第1障壁板80aに対向する位置で開口する開口部80b1が形成された第2障壁板80b(第2障壁部)とを有する。
The
第1障壁板80aは、第1の流路形成部材62に、複数の支持部81を介して一体に設けられる。従って、第1障壁板80aの外周部は、チャンバ58aを形成する内周面58asから内方に離間している。複数の支持部81は、周方向に間隔を置いて設けられる。第1障壁板80aは、円盤状に形成される。
The
第1障壁板80aの外径は、空気導入口56の内径よりも大きい。第1障壁板80aの外周部は、下方に湾曲しつつ突出するリング状突出部80a1を有する。なお、空気導入口56に対向する第1障壁部の形態としては、第1障壁板80aのような板状の形態に限らず、より厚みのあるブロック状の形態であってもよい。
The outer diameter of the
第2障壁板80bは、第2の流路形成部材64の内周部を構成する。第2障壁板80bは、チャンバ58aを形成する内周面58asから内方に突出している。第2障壁板80bに形成された開口部80b1の内径は、第1障壁板80aの外径よりも小さい。第1障壁板80aの中心と開口部80b1の中心は、鉛直方向の同一直線上に位置する。従って、鉛直下方から見て、第1障壁板80aは、開口部80b1の全体を覆っている。
The
第2障壁板80bの内周部は、開口部80b1の中心に向かって下方に傾斜する傾斜部80b2を有する。傾斜部80b2の傾斜は、直線状の傾斜、湾曲状の傾斜のいずれでもよい。なお、開口部80b1を有する第2障壁部の形態としては、第2障壁板80bのような板状の形態に限らず、より厚みのあるブロック状の形態であってもよい。
The inner peripheral portion of the
インレット部材52には、ラビリンス流路78が設けられることに伴って第1〜第5狭窄流路78a〜78eが形成される。第1狭窄流路78aは、空気導入口56によって構成される流路である。第2狭窄流路78bは、第1障壁板80aの外周部(リング状突出部80a1)とチャンバ58aの底部を構成する壁部57の上面との間に形成された鉛直方向に流路幅W1を有するリング状の流路である。
In the
第3狭窄流路78cは、第1障壁板80aの外端と、チャンバ58aを形成する内周面58asとの間に形成された水平方向に流路幅W2を有する流路である。第3狭窄流路78cは、複数の支持部81によって周方向に分割された複数の流路要素78ceからなる。
The third
第4狭窄流路78dは、第1障壁板80aの外周部と第2障壁板80bの内端との間に形成された鉛直方向に流路幅W3を有するリング状の流路である。第5狭窄流路78eは、第2障壁板80bの開口部80b1によって構成される流路である。
The fourth
第1〜第5狭窄流路78a〜78eの各流路は、チューブ部材54の流路断面積以上の流路断面積を有する。従って、ラビリンス流路78の流路断面積は、流路全長に亘って、チューブ部材54の流路断面積以上となっている。なお、第3狭窄流路78cについては、複数の流路要素78ceの流路断面積の合計が、第3狭窄流路78cの流路断面積である。第1〜第5狭窄流路78a〜78eの各流路断面積は、例えば、チューブ部材54の流路断面積の100〜170%であることが好ましい。
Each of the first to fifth
図1において、チューブ部材54は、フロントボックス14内に配置される。チューブ部材54としては、例えば、ホース(フレキシブルなチューブ)が用いられる。チューブ部材54の一端は、換気開口部44に気密及び液密に接続される。チューブ部材54の他端は、インレット部材52に気密及び液密に接続される。チューブ部材54の他端は、チューブ部材54の一端よりも下方に位置する。
In FIG. 1, the
このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
燃料電池スタック10の運転時には、第1エンドプレート26aの燃料ガス供給マニホールド32aから燃料ガス入口連通孔に燃料ガスが供給される。燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔を介して発電セル18内の燃料ガス流路に導入される。これにより、水素ガスは、電解質膜・電極構造体を構成するアノード電極に供給される。
During operation of the
一方、第1エンドプレート26aの酸化剤ガス供給マニホールド30aから酸化剤ガス入口連通孔に酸化剤ガスが供給される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔を介して発電セル18内の酸化剤ガス流路に導入される。これにより、酸化剤ガスは、電解質膜・電極構造体を構成するカソード電極に供給される。
On the other hand, the oxidizing gas is supplied from the oxidizing
従って、発電セル18の電解質膜・電極構造体では、アノード電極に供給される水素ガスと、カソード電極に供給される空気とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure of the
燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔を介して第1エンドプレート26aの燃料ガス排出マニホールド32bに排出される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔を介して第1エンドプレート26aの酸化剤ガス排出マニホールド30bに排出される。
The fuel gas is discharged to the fuel
冷却媒体は、第2エンドプレート26bの冷却媒体供給マニホールド33aから冷却媒体入口連通孔に供給される。冷却媒体は、隣接する発電セル18間の冷却媒体流路に導入される。冷却媒体は、電解質膜・電極構造体を冷却した後、冷却媒体出口連通孔を流通して冷却媒体排出マニホールド33bに排出される。
The cooling medium is supplied to the cooling medium inlet communication hole from the cooling
この場合、本実施形態では、スタックケース20内に開口する換気開口部44を介してスタックケース20内の換気を行う換気機構50が設けられる。図3のように、換気機構50は、外部から換気用の空気を導入する空気導入口56と、空気導入口56と換気開口部44とを連通する内部流路58とが形成されたインレット部材52を有する。
In this case, in the present embodiment, a
このため、空気導入口56から導入された空気は、内部流路58を介してスタックケース20側へと供給される。従って、スタックケース20内を良好に換気し、スタックケース20内の水素ガス濃度を一定濃度以下に保持することができる。この場合、空気導入口56から導入された空気は、第1障壁板80aの下方で外方に流動した後、第1障壁板80aの外周部とチャンバ58aを形成する内周面58asとの間を上方に流れる。そして、空気は、第1障壁板80aと第2障壁板80bとの間を内方に流動した後、第2障壁板80bの開口部80b1を介して上方に流れ、チューブ部材54へと流入する。
Therefore, the air introduced from the
内部流路58は、ラビリンス流路78を有する。このため、燃料電池車両の走行時等に、インレット部材52に向かって水、塵埃、泥、小石等の異物が飛散しても、当該異物は、ラビリンス流路78によって換気開口部44側へと進むことが抑制される。従って、異物が換気開口部44を介してスタックケース20内に入り込むことを可及的に抑制することができる。
The
本実施形態では、換気機構50は、一端が換気開口部44に接続され他端がインレット部材52に接続されたチューブ部材54を有する。このため、インレット部材52の配置レイアウトの自由度を向上させることができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、インレット部材52は燃料電池スタック10が搭載される車両のアンダーカバー12bに配置され、空気導入口56は車両下面(車両本体12aの下面)に開口する。このため、外気を良好に導入できるとともに、燃料電池スタック10が配置されるスペース内(フロントボックス14等)に水素ガスが漏れることを防止することができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、ラビリンス流路78の流路断面積は、その流路全長に亘って、チューブ部材54の流路断面積以上である。具体的には、第1〜第5狭窄流路78a〜78eの各流路は、チューブ部材54の流路断面積以上の流路断面積を有する。これにより、空気導入口56側からチューブ部材54側へと空気を良好に流通させることができる。従って、ラビリンス流路78を設けることに伴う換気能力の低下を防止することができる。
In the present embodiment, the flow path cross-sectional area of the
本実施形態では、インレット部材52は、ラビリンス流路78を形成する少なくとも1つの障壁板80を有し、少なくとも1つの障壁板80の内周部又は外周部(第1障壁板80aでは外周部、第2障壁板80bでは内周部)は、下方に向けて傾斜又は突出する。障壁板80が下方に傾斜又は突出しているため、障壁板80より上方に水が流入した場合でも、重力によって円滑に下方へ排水することができる。特に、本実施形態では、第2障壁板80bが傾斜部80b2を有する。この傾斜部80b2の角度θ(インレット部材52の軸に対して垂直な面に対する角度)は、車両の傾斜要件(約20°)でも水が溜まらない角度に設定されている。これにより、第2障壁板80bに水が溜まって凍結等により破損することを防止することができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、空気導入口56は、下方に向けて開口し、インレット部材52は、ラビリンス流路78を形成する複数の障壁板80を有する。そして、複数の障壁板80は、空気導入口56に対向して該空気導入口56の上方に配置された第1障壁板80aと、第1障壁板80aの上方で第1障壁板80aに対向する位置で開口する開口部80b1が形成された第2障壁板80bとを有する。
In the present embodiment, the
このため、例えば、雨天走行時等の少水量時には、図4のように、空気導入口56からチャンバ58a側へと略垂直方向に飛散する水は、第1障壁板80aにより奥側への浸入が阻止される。空気導入口56から斜め方向にチャンバ58a側へと飛散する水は、チャンバ58aを形成する内周面58asと第1障壁板80aとの間を通過するが、第2障壁板80bによって、それよりも奥側への浸入が阻止される。このため、奥側(チューブ部材54側)への水の浸入を良好に抑制することができる。また、第1障壁板80aの外周部には下方に突出するリング状突出部80a1が設けられるため、第1障壁板80aよりも上方への水の浸入が阻止されやすい。
For this reason, for example, when the amount of water is small such as when traveling in rainy weather, as shown in FIG. 4, the water scattered in a substantially vertical direction from the
本実施形態では、インレット部材52には、空気導入口56の周囲に、内部流路58とインレット部材52の外部とを連通する複数のドレイン孔70が設けられる。このため、例えば、高圧洗車時等の大水量時には、図5のように、ドレイン孔70を介して水がチャンバ58a内から排出されることで、奥側(チューブ部材54側)への水の浸入が抑制される。すなわち、水は、流入水量V1>流出水量V2の状態によってチャンバ58a内に溜まり、水位(水面Lvの高さ)が上昇する。水位が上昇すると、ドレイン孔70からの流出量も増加する。このため、流出水量V2が増加し、流入水量V1=流出水量V2となる水位でバランスする。これにより、インレット部材52内(内部流路58)での水位が上昇し過ぎることを抑制することができる。
In the present embodiment, the
なお、ドレイン孔70の鉛直下方には張出し部72が設けられるため、ドレイン孔70の下方から鉛直上方に向かって飛散する水は、張出し部72によって跳ね返される。これにより、ドレイン孔70を介してチャンバ58内へと水が浸入することが効果的に防止される。
Since the
図6に、ドレイン孔70の効果(水位調整機能)を確認するための試験結果を示す。流入水量Va〜Vdの大小関係は、Va<Vb<Vc<vdである。図6に示すように、初期においては、どの水量でもチャンバ58a内の水位は上昇するが、その後においては、流入水量の大小に関わらず、水位はバランスする。
FIG. 6 shows a test result for confirming the effect (water level adjusting function) of the
図7に示すように、空気導入口56には、メッシュ部材84が設けられてもよい。メッシュ部材84は、空気導入口56を覆うように設けられる。メッシュ部材84は、例えば、導入口形成部材60と一体成形された部分である。なお、メッシュ部材84は、導入口形成部材60に固定された部品であってもよい。
As shown in FIG. 7, a
このようなメッシュ部材84が設けられる場合、空気導入口56に向かって小石等の固形状異物が飛散しても、当該固形状異物はメッシュ部材84に衝突する。これにより、小石等の固形状異物が空気導入口56に入り込むことを好適に抑制することができる。
When such a
なお、上記では、インレット部材52は、チューブ部材54を介してスタックケース20に接続されるとともに、アンダーカバー12bに配置される例を説明したが、他の箇所にインレット部材52が配置されてもよい。例えば、インレット部材52は、スタックケース20のローワーパネル20Lwに配置されてもよい。この場合、チューブ部材54は省略され、例えば、接続筒部66aが換気開口部44に挿入及び固定される。なお、インレット部材52における2つのフランジ60a、62a間の周壁部59が換気開口部44に挿入され、2つのシール部材68a、68b間にローワーパネル20Lwが挟持されてもよい。
In the above description, the example in which the
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
10…車載用燃料電池スタック 18…発電セル
19…積層体 20…スタックケース
44…換気開口部 50…換気機構
52…インレット部材 54…チューブ部材
56…空気導入口 58…内部流路
58a…チャンバ 70…ドレイン孔
78…ラビリンス流路 80…障壁板
80a…第1障壁板 80b…第2障壁板
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記スタックケース内に開口する換気開口部を介して前記スタックケース内の換気を行う換気機構を備え、
前記換気機構は、外部から換気用の空気を導入する空気導入口と、前記空気導入口と前記換気開口部とを連通する内部流路とが形成されたインレット部材を有し、
前記内部流路は、ラビリンス流路を有し、
前記ラビリンス流路は、重力方向に沿って円筒状に形成される、
ことを特徴とする車載用燃料電池スタック。 A power generation cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas, the vehicle fuel cell stack including a plurality of stacked bodies, and the stacked bodies are housed in a stack case,
A ventilation mechanism that ventilates the stack case through a ventilation opening that opens into the stack case,
The ventilation mechanism has an air inlet for introducing air for ventilation from the outside, and an inlet member formed with an internal flow passage communicating the air inlet and the ventilation opening,
Said internal passage, have a labyrinth flow path,
It said labyrinth flow path, Ru is formed into a cylindrical shape along the direction of gravity,
An in-vehicle fuel cell stack characterized by the above-mentioned.
前記換気開口部は、前記スタックケースの下部に設けられる、
ことを特徴とする車載用燃料電池スタック。 The fuel cell stack for a vehicle according to claim 1,
The ventilation opening is provided at a lower portion of the stack case,
An in-vehicle fuel cell stack characterized by the above-mentioned.
前記換気機構は、一端が前記換気開口部に接続され他端が前記インレット部材に接続されたチューブ部材を有する、
ことを特徴とする車載用燃料電池スタック。 The fuel cell stack for a vehicle according to claim 2,
The ventilation mechanism has a tube member having one end connected to the ventilation opening and the other end connected to the inlet member.
An in-vehicle fuel cell stack characterized by the above-mentioned.
前記インレット部材は前記車載用燃料電池スタックが搭載される車両のアンダーカバーに配置され、前記空気導入口は車両下面に開口する、
ことを特徴とする車載用燃料電池スタック。 The fuel cell stack for a vehicle according to claim 3,
The inlet member is disposed on an undercover of a vehicle on which the on-vehicle fuel cell stack is mounted, and the air introduction port opens on a lower surface of the vehicle.
An in-vehicle fuel cell stack characterized by the above-mentioned.
前記ラビリンス流路の流路断面積は、流路全長に亘って、前記チューブ部材の流路断面積以上である、
ことを特徴とする車載用燃料電池スタック。 The fuel cell stack for a vehicle according to claim 3 ,
The flow path cross-sectional area of the labyrinth flow path is equal to or larger than the flow path cross-sectional area of the tube member over the entire length of the flow path.
An in-vehicle fuel cell stack characterized by the above-mentioned.
前記空気導入口は、下方に向けて開口し、
前記インレット部材は、前記ラビリンス流路を形成する少なくとも1つの障壁板を有し、
前記少なくとも1つの障壁板の内周部又は外周部は、下方に向けて傾斜又は突出する、
ことを特徴とする車載用燃料電池スタック。 The vehicle fuel cell stack according to any one of claims 1 to 5 ,
The air inlet is open downward,
The inlet member has at least one barrier plate forming the labyrinth flow path,
An inner peripheral portion or an outer peripheral portion of the at least one barrier plate is inclined or protruded downward.
An in-vehicle fuel cell stack characterized by the above-mentioned.
前記空気導入口は、下方に向けて開口し、
前記インレット部材は、前記ラビリンス流路を形成する複数の障壁部を有し、
前記複数の障壁部は、前記空気導入口に対向して該空気導入口の上方に配置された第1障壁部と、前記第1障壁部の上方で前記第1障壁部に対向する位置で開口する開口部が形成された第2障壁部とを有する、
ことを特徴とする車載用燃料電池スタック。 The vehicle fuel cell stack according to any one of claims 1 to 5 ,
The air inlet is open downward,
The inlet member has a plurality of barriers forming the labyrinth flow path,
The plurality of barrier portions are a first barrier portion disposed above the air introduction port so as to face the air introduction port, and an opening is provided at a position above the first barrier portion and facing the first barrier portion. And a second barrier portion having an opening formed therein.
An in-vehicle fuel cell stack characterized by the above-mentioned.
前記空気導入口は、下方に向けて開口し、
前記インレット部材には、前記空気導入口の周囲に、前記内部流路と前記インレット部材の外部とを連通する複数のドレイン孔が設けられる、
ことを特徴とする車載用燃料電池スタック。 The vehicle fuel cell stack according to any one of claims 1 to 5 ,
The air inlet is open downward,
The inlet member is provided around the air inlet with a plurality of drain holes communicating the internal flow path and the outside of the inlet member.
An in-vehicle fuel cell stack characterized by the above-mentioned.
前記空気導入口には、メッシュ部材が設けられる、
ことを特徴とする車載用燃料電池スタック。 An in-vehicle fuel cell stack according to any one of claims 1 to 8 ,
The air inlet is provided with a mesh member,
An in-vehicle fuel cell stack characterized by the above-mentioned.
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